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1、,鋁合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向,目錄,鋁合金應(yīng)用概述 普通鋁合金的應(yīng)用 超高強(qiáng)度鋁合金 耐熱鋁合金 鋁基復(fù)合材料 鋁合金的加工工藝,以鋁為基的合金總稱(chēng)。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。,鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械制造、船舶 鋁合金 及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。,鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良 祥云火炬 的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。,鋁合金概況與應(yīng)用,,普通鋁合金在生活中的應(yīng)用,鋁合金在我們的生活中十分常見(jiàn)，我們的門(mén)窗，床鋪，炊具，餐具
2、，自行車(chē)，汽車(chē)等，都包含有鋁合金。,,,,超高強(qiáng)度鋁合金,超高強(qiáng)度鋁合金研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 高強(qiáng)度鋁合金的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)用 提高鋁合金強(qiáng)度的技術(shù)途徑和方法,,超高強(qiáng)度鋁合金 前言：高強(qiáng)度鋁合金具有比重小、強(qiáng)度高、加工性能好及焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)， 被廣泛地應(yīng)用于航空工業(yè)及民用工業(yè)等領(lǐng)域，尤其在航空工業(yè)中占有十分重要的地位，是航空工業(yè)的主要結(jié)構(gòu)材料之一。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高強(qiáng)度鋁合金的熱處理工藝及其性能等進(jìn)行了大量的研究，取得了重要進(jìn)展，并極大地促進(jìn)了該類(lèi)材料在航空工業(yè)生產(chǎn)等各方面中的廣泛應(yīng)用。超高強(qiáng)度鋁合金主要是以 AI-Cu-Mg和 A1-Zn-Mg-Cu為材料的合金。前者的靜強(qiáng)度略低于后者，但
3、使用溫度卻比后者高。AI-Cu-Mg系合金是發(fā)展最早的一種熱處理強(qiáng)化型合金。航空工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了該系合金的改進(jìn)。本世紀(jì)20年代和30年代相繼發(fā)展了2014和2024合金， 隨后又發(fā)展了2618合金。這個(gè)系的合金發(fā)展較為成熟，已先后定型了十幾個(gè)牌號(hào)。這些合金作為航空材料及其他材料，已得到了廣泛的應(yīng)用。,,高強(qiáng)度鋁合金的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)用,,在國(guó)際上，鋁鎂硅型的高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線(xiàn)已被使用七十余年的歷史，由于它具有的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)其生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，使它更具有實(shí)際使用價(jià)值。在歐洲，以法國(guó)為代表，在輸電線(xiàn)路上大量采用，占線(xiàn)路總長(zhǎng)的絕大部分，日本采用鋁合金的輸電線(xiàn)路在50%以上；美國(guó)和加拿大也有很大的比例；即使東南亞
4、發(fā)展中的國(guó)家，像印度、印度尼西亞、菲律賓等也都采用鋁合金用于導(dǎo)線(xiàn)輸電線(xiàn)路。,8,2.超高強(qiáng)度鋁合金發(fā)展趨勢(shì),超高強(qiáng)度鋁合金是重要的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，需從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作：1.復(fù)合微合金化是鋁合金強(qiáng)韌化研究的一個(gè)重要方向，需深入、系統(tǒng)地進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)；2.改進(jìn)傳統(tǒng)的鑄錠冶金制備技術(shù)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的噴射成形制備工藝，以獲得高質(zhì)量的鑄錠組織等。 超高強(qiáng)鋁合金正朝向高比強(qiáng)、高比模、高損傷容限、耐蝕方向發(fā)展。純凈化冶煉和先進(jìn)的制坯技術(shù)是發(fā)展的前提，強(qiáng)韌化理論是基礎(chǔ)。在現(xiàn)有強(qiáng)化理論的基礎(chǔ)上，一是將微觀(guān)力學(xué)理論與微觀(guān)晶體缺陷理論相結(jié)合，提高合金成分優(yōu)化設(shè)計(jì)水平；二是發(fā)展多級(jí)多相綜合
5、強(qiáng)韌化理論，利用微合金挖掘合金潛力、改善合金性能、開(kāi)發(fā)新型鋁合金；三是合金微觀(guān)組織精確控制，形成組織性能精確調(diào)控理論，發(fā)展綜合性能更加優(yōu)良的超高強(qiáng)鋁合金。,4高強(qiáng)度鋁合金的發(fā)展趨勢(shì) 高強(qiáng)度鋁合金是重要的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。鋁及鋁合金的應(yīng)用受到鈦及鈦合金和復(fù)合材料的挑戰(zhàn)，但其作為主體結(jié)構(gòu)材料的地位基本不變。目前，高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展趨勢(shì)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展： 復(fù)合微合金化，添加微量過(guò)渡族元素以及稀土元素，開(kāi)發(fā)出各種滿(mǎn)足不同需要的新型鋁合金高強(qiáng)材料。 改進(jìn)傳統(tǒng)的鑄錠冶金制備技術(shù)，采用和研究各種先進(jìn)的熔體凈化和變質(zhì)處理方法，提高鑄錠冶金質(zhì)量。 深入研究高溶質(zhì)狀態(tài)下合金的熱處理工藝，研
6、究合金強(qiáng)化固溶處理及多級(jí)多重相時(shí)效析出的沉淀強(qiáng)化機(jī)制，提高合金基體的過(guò)飽和固溶度提高沉淀相的體積分?jǐn)?shù)，通過(guò)MPt、GBP和PEZ的最佳配合，使合金實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)高韌，良好抗蝕性能的優(yōu)化匹配。,,耐熱鋁合金,快凝耐熱鋁合金的應(yīng)用及存在的問(wèn)題 開(kāi)發(fā)快凝耐熱鋁合金的最終目的是取代飛機(jī)零件中的鈦合金。近些年來(lái)的研究成果表明，這方面的工作已取得了很大進(jìn)展，快凝耐熱鋁合金的某些性能已相當(dāng)或超過(guò)了部分鈦合金的。,快凝耐熱鋁合金已成功地用于制造氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮翼片和葉片，以及渦輪和散熱片等部件，還可以用于制造火箭和宇宙飛船上的某些構(gòu)件。當(dāng)快凝耐熱鋁合金用于制造飛機(jī)構(gòu)件時(shí)，造價(jià)一般只是鈦合金的30%50%，而飛機(jī)
7、重量卻可以減輕15%左右。如果進(jìn)一步提高其耐熱性能，應(yīng)用范圍還將擴(kuò)大。,耐熱鋁合金今后的研究方向,快凝耐熱鋁合金今后的研究方向?qū)⒅饕性谝韵聨追矫妫?、發(fā)展低成本的新型快凝工藝。由于噴射沉積快凝工藝相對(duì)RS/PM工藝而言，生產(chǎn)工序簡(jiǎn)化，避免了原始粉末顆粒界面氧化問(wèn)題，可使合金的韌性得到提高，生產(chǎn)成本降低。因此，應(yīng)進(jìn)一步完善噴射沉積快凝工藝，使其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。2、進(jìn)一步研究合金的耐熱機(jī)理，包括過(guò)固溶的基體在受熱過(guò)程中的作用。3、研究引起合金中溫脆性的原因及解決措施，進(jìn)一步提高合金的韌性。,,鋁基復(fù)合材料,復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的
8、材料通過(guò)各種工藝手段復(fù)合而成。復(fù)合材料可分為三類(lèi)：聚合物基復(fù)合材料（PMCs）、金屬基復(fù)合材料（MMCs）、陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）。金屬基復(fù)合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。鋁在制作復(fù)合材料上有許多特點(diǎn),如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好,鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握,易于加工等。此外,鋁基復(fù)合材料比強(qiáng)度和比剛度高,高溫性能好,更耐疲勞和更耐磨,阻尼性能好,熱膨脹系數(shù)低。同其他復(fù)合材料一樣,它能組合特定的力學(xué)和物理性能,以滿(mǎn)足產(chǎn)品的需要。因此,鋁基復(fù)合材料已成為金屬基復(fù)合材料中最常用的、最重要的材料之一。,主要類(lèi)型及應(yīng)用概況,按照增強(qiáng)體的不同,鋁基復(fù)合材料可分為纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
9、纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高,尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異性能,但價(jià)格昂貴,目前主要用于航天領(lǐng)域,作為航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站等的結(jié)構(gòu)材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可用來(lái)制造衛(wèi)星及航天用結(jié)構(gòu)材料、飛機(jī)零部件、金屬鏡光學(xué)系統(tǒng)、汽車(chē)零部件;此外還可以用來(lái)制造微波電路插件、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、渦輪增壓推進(jìn)器、電子封裝器件等。,一，鋁基復(fù)合材料的基本成分,鋁及其合金都適于作金屬基復(fù)合材料的基體，鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)物可以是連續(xù)的纖維，也可以是短纖維，也可以是從球形到不規(guī)則形狀的顆粒。目前鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金屬間化合物如Ni-Al，F(xiàn)e-Al和Ti-Al也被用
10、工作增強(qiáng)顆粒。,二，鋁基復(fù)合材料的性能,1 低密度 2 良好的尺寸穩(wěn)定性 3強(qiáng)度、模量與塑性 增強(qiáng)體的加入在提高鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度和模量的同時(shí),降低了塑性。 4耐磨性 高的耐磨性是鋁基復(fù)合材料(SiC 、Al2O3 增強(qiáng))的特點(diǎn)之一。 5疲勞與斷裂韌性 鋁基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度一般比基體金屬高,而斷裂韌性卻下降。影響鋁基復(fù)合材料疲勞性能和斷裂的主要因素有:增強(qiáng)物與基體的界面結(jié)合狀態(tài)、基體與增強(qiáng)物本身的特性和增強(qiáng)物在基體中的分布等。 6熱性能 增強(qiáng)體和基體之間的熱膨脹失配在任何復(fù)合材料中都難以避免,為了有效降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù),使其與半導(dǎo)體材料或陶瓷基片保持熱匹配,常選用低膨脹的 合金作為基體和
11、采用不同粒徑的顆粒制備高體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。,三，鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用,3.1 在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用 3.2在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 3.3 在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用 3.4 在體育用品上的應(yīng)用,31 在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用,鋁基復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用研究起步最早。上個(gè)世紀(jì) 年代,日本豐田公司成功地用 復(fù)合材料制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。美國(guó)的研制出用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車(chē)制動(dòng)盤(pán),使其重量減輕了,而且提高了耐磨性能,噪音明顯減小,摩擦散熱快;同時(shí)該公司還用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等汽車(chē)零部件。用復(fù)合材料制成的汽車(chē)齒輪箱在強(qiáng)度和耐磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復(fù)合材料也可以用
12、來(lái)制造剎車(chē)轉(zhuǎn)子、剎車(chē)活塞、剎車(chē)墊板、卡鉗等剎車(chē)系統(tǒng)元件。鋁基復(fù)合材料還可用來(lái)制造汽車(chē)驅(qū)動(dòng)軸、搖臂等汽車(chē)零件。,3.2在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)材料性能提出了越來(lái)越高的要求,特別是航空航天領(lǐng)域要制造輕便靈活、性能優(yōu)良的飛機(jī)、衛(wèi)星等，鋁基復(fù)合材料恰能滿(mǎn)足這方面的要求。采用熔模鑄造工藝研制成 復(fù)合材料,用該材料代替鈦合金制造直徑大 、重量重的飛機(jī)攝相鏡方向架,使其成本和重量明顯降低,導(dǎo)熱性提高。同時(shí)該復(fù)合材還可用來(lái)制造衛(wèi)星反動(dòng)輪和方向架的支撐架。,3.3 在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用,鋁基復(fù)合材料,特別是 增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,由于具有熱膨脹系數(shù)小、密度低、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn),適合于制造電子
13、器材的襯裝材料、散熱片等電子器件。 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配,而且導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能也非常好。在精密儀器和光學(xué)儀器的應(yīng)用研究方面,鋁基復(fù)合材料用于制造望遠(yuǎn)鏡的支架和副鏡等部件。另外鋁基復(fù)合材料還可以制造慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、旋轉(zhuǎn)掃描鏡、紅外觀(guān)測(cè)鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學(xué)儀器托架等許多精密儀器和光學(xué)儀器。,3.4 在體育用品上的應(yīng)用,鋁基復(fù)合材料可以代替木材及金屬材料來(lái)制作網(wǎng)球拍、釣魚(yú)竿、高爾夫球桿和滑雪板等。用 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制作的自行車(chē)鏈齒輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形,性能優(yōu)于鋁合金鏈齒輪。,最具前途的鋁基復(fù)合材料----
14、碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料, 是目前普遍公認(rèn)的最有競(jìng)爭(zhēng)力的金屬基復(fù)合材料品種之一。盡管其力學(xué)性能尤其是強(qiáng)度難與連續(xù)纖維復(fù)合材料相匹敵, 但它卻有著極為顯著的低成本優(yōu)勢(shì), 而且相比之下制備難度小、制備方法也最為靈活多樣, 并可以采用傳統(tǒng)的冶金工藝設(shè)備進(jìn)行二次加工, 因此易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。冷戰(zhàn)結(jié)束后的20 世紀(jì)90 年代, 由于各國(guó)對(duì)國(guó)防工業(yè)投資力度的減小, 即使是航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域, 也越來(lái)越難以接受成本居高不下的纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。于是, 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料又重新得到普遍關(guān)注。特別是最近幾年來(lái), 它作為關(guān)鍵性承載構(gòu)件終于在先進(jìn)飛機(jī)上找到了出路, 且應(yīng)用前景日趨
15、看好, 進(jìn)而使得其研究開(kāi)發(fā)工作也再度升溫。,發(fā)展趨勢(shì)及方向,目前，鋁基復(fù)合材料面臨的最主要問(wèn)題是制造成本高，尤其是纖維增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料。隨著增強(qiáng)體與基體結(jié)合理論的進(jìn)一步研究，成本更低的增強(qiáng)體和制備工藝的不斷開(kāi)發(fā)加上廢品回收再利用等鋁基復(fù)合材料在保持優(yōu)異性能的同時(shí)，成本將更加低廉，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣。,,鋁合金的發(fā)展前景,鋁合金發(fā)展方向,熱交換器用復(fù)合鋁合金材料 稀土鋁合金,鋁合金中添加適量稀土元素對(duì)精煉效果具有促進(jìn)作用。 .稀土對(duì)鋁合金的細(xì)化作用 .稀土對(duì)鋁硅合金的變質(zhì)作用,稀土鋁合金是代替銅材制造電線(xiàn)電纜的理想材料。我國(guó)冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)的鋁錠，由于受自然資源的影響，含硅量較高，而硅又是影響導(dǎo)
16、電性能的主要有害雜質(zhì)，使我國(guó)以往生產(chǎn)的鋁導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)電性能常常達(dá)不到國(guó)際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，成為長(zhǎng)期困擾我國(guó)鋁導(dǎo)線(xiàn)行業(yè)的一大難題。 我國(guó)科學(xué)家們借助稀土的作用解決了這個(gè)難題，在世界上率先采用微量稀土處理鋁液，使其與硅使用形成硅化物析出晶界，加上稀土的微合金化作用，克服了硅的有害影響，明顯改善了導(dǎo)電性能，由于稀土還能細(xì)化晶粒強(qiáng)化基體，還提高了電線(xiàn)電纜的機(jī)械強(qiáng)度和加工性能，使我國(guó)生產(chǎn)的鋁電線(xiàn)電纜不但導(dǎo)電性能略高于國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，還比以前機(jī)械強(qiáng)度提高了20，抗腐蝕性能提高了一倍，耐磨性能更是提高了約10倍，一舉改變了我國(guó)鋁電線(xiàn)電纜生產(chǎn)的落后狀況，使產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。,結(jié)束語(yǔ),其實(shí)，對(duì)于這一次學(xué)院組織的關(guān)于鋁合金的課題研究報(bào)告，我們組覺(jué)得很有意義，也很有必要；通過(guò)自主學(xué)習(xí)，我們得到了一些以前沒(méi)有，在做課題報(bào)告中獲得的感悟。第一，學(xué)會(huì)了自我學(xué)習(xí)的方法，它將伴隨我進(jìn)入社會(huì)；第二，懂得了怎樣收集資料，整理資料；第三，懂得了什么是團(tuán)隊(duì)精神，知道了團(tuán)結(jié)合作的重要性。我們以前不是很了解這些，通過(guò)這些學(xué)習(xí)活動(dòng)，我們知道了。一開(kāi)始我也不知道什么是鋁合金，只知道生活中很多地方都用到了鋁合金，但卻不知其性質(zhì)及其分類(lèi)有哪些，現(xiàn)在知道了，也是在自主學(xué)習(xí)課題報(bào)告中了解的。,
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